負(fù)極活性物質(zhì)、其制備方法以及包含它的可再充電鋰電池的制作方法
【專利說明】負(fù)極活性物質(zhì)、其制備方法以及包含它的可再充電鋰電池
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年12月12日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請10-2013-0154825的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]公開了用于可再充電鋰電池的負(fù)極活性物質(zhì)、其制備方法及包括它的可再充電鋰電池。
【背景技術(shù)】
[0004]可再充電鋰電池作為操作電子裝置的能源已經(jīng)受到關(guān)注?？稍诔潆婁囯姵刂饕檬鳛樨?fù)極材料，但是石墨具有每質(zhì)量單位約372mAh/g的小容量，因而很難達(dá)到可再充鋰電池的高容量。
[0005]實現(xiàn)比石墨更高容量的負(fù)極材料可包含鋰和金屬的化合物形成的材料，所述金屬例如，硅、錫、它們的氧化物等。具體地，如硅等的金屬可實現(xiàn)電池的高容量并縮小電池的大小。
[0006]然而，當(dāng)這些材料在鋰被吸收或存儲時產(chǎn)生晶體結(jié)構(gòu)變化，從而產(chǎn)生體積膨脹的問題。硅產(chǎn)生等于膨脹前硅體積的約4.12倍的體積膨脹。因此，硅具有使電池循環(huán)壽命急劇劣化的問題。
[0007]因此，已經(jīng)積極做出了解決這些碳基和非碳基負(fù)極活性物質(zhì)的問題的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一個實施方式提供了用于可再充電鋰電池的負(fù)極活性物質(zhì)、所述負(fù)極活性物質(zhì)的制備方法及包括所述負(fù)極活性物質(zhì)的可再充電鋰電池。所述負(fù)極活性物質(zhì)具有增加的鋰離子存儲能力、優(yōu)異的電導(dǎo)率，并且可實現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)和高功率特性。
[0009]本發(fā)明的一個實施方式中，用于可再充電鋰電池的負(fù)極活性物質(zhì)包括含有能夠嵌入和脫嵌鋰離子的材料的核和位于所述核表面的殼，其中所述殼包括摻雜銻的氧化錫。
[0010]所述摻雜銻的氧化錫可被碳涂布。所述摻雜銻的氧化錫可不被碳涂布。
[0011]所述殼可進(jìn)一步包括碳。具體地，所述殼可進(jìn)一步包括非晶碳。
[0012]所述殼可包括含有所述摻雜鋪的氧化錫的第一殼和含有碳的第二殼。
[0013]所述殼可具有約1nm至約500nm的厚度。
[0014]基于所述負(fù)極活性物質(zhì)的總量，所述殼的含量可為約5wt%至約25wt%。
[0015]所述能夠嵌入和脫嵌鋰離子的材料可包括碳基材料、合金類材料、金屬氧化物類材料、或它們的組合。
[0016]所述能夠嵌入和脫嵌鋰離子的材料的實例可包括天然石墨、人造石墨、軟碳、硬碳、碳纖維、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯或它們的組合。
[0017]作為另一個實例，所述能夠嵌入和脫嵌鋰離子的材料可為選自硅、錫、鍺、銻、鉍或它們的組合的金屬的合金或氧化物。
[0018]本發(fā)明的另一個實施方式中，制備用于可再充電鋰電池的負(fù)極活性物質(zhì)的方法包括:制備能夠嵌入和脫嵌鋰離子的材料；制備包括摻雜銻的氧化錫的殼組合物；將所述能夠嵌入和脫嵌鋰離子的材料和所述殼組合物加入溶劑中以獲得混合物；和熱處理所述混合物。
[0019]所述制備能夠嵌入和脫嵌鋰離子的材料的方法可進(jìn)一步包括活化所述能夠嵌入和脫嵌鋰離子的材料的表面。
[0020]所述制備包括摻雜銻的氧化錫的殼組合物的方法可進(jìn)一步包括使用碳涂布所述摻雜銻的氧化錫。
[0021]所述殼組合物可包括所述摻雜銻的氧化錫和碳前驅(qū)體。
[0022]所述碳前驅(qū)體可為，例如，蔗糖、檸檬酸、葡萄糖、瓊脂糖、多糖、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇或它們的組合。
[0023]基于所述用于可再充電鋰電池的負(fù)極活性物質(zhì)的總量，所述殼組合物的用量可在約5wt %至約25wt %的范圍內(nèi)。
[0024]所述溶劑可包括水、醇(alcohol)、丙酮、四氫呋喃、環(huán)己烷、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮或它們的組合。
[0025]所述熱處理可在約400°C至約700°C的溫度下進(jìn)行。
[0026]所述熱處理可進(jìn)行約I小時至約6小時。
[0027]所述熱處理可在還原氣氛下進(jìn)行，換句話說，所述熱處理可在惰性氣氛下進(jìn)行。
[0028]本發(fā)明的又一個實施方式提供了可再充電電池，所述可再充電電池包括:包括負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極；正極；和電解液。
[0029]根據(jù)一個實施方式的負(fù)極活性物質(zhì)顯示出增加的鋰離子存儲能力和優(yōu)異的電導(dǎo)率。包括所述負(fù)極活性物質(zhì)的可再充電鋰電池可顯示出高容量、高功率、高倍率性能、以及穩(wěn)定的循環(huán)特性。
【附圖說明】
[0030]圖1為簡要顯示根據(jù)實施例1制備負(fù)極活性物質(zhì)的方法的圖。
[0031]圖2為顯示根據(jù)實施例1和2的負(fù)極活性物質(zhì)的表面的掃描電子顯微鏡照片。
[0032]圖3為顯示根據(jù)實施例1和2的負(fù)極活性物質(zhì)的X射線衍射分析圖。
[0033]圖4為顯示根據(jù)實施例3和4的負(fù)極活性物質(zhì)的表面的掃描電子顯微鏡照片。
[0034]圖5為顯示根據(jù)實施例3和4的負(fù)極活性物質(zhì)的X射線衍射分析圖。
[0035]圖6為顯示根據(jù)實施例5和6的負(fù)極活性物質(zhì)的表面的掃描電子顯微鏡照片。
[0036]圖7為顯示根據(jù)實施例5和6的負(fù)極活性物質(zhì)的X射線衍射分析圖.
[0037]圖8為顯示根據(jù)對比例I和實施例1至3的電壓隨電池單元的循環(huán)容量變化的圖。
[0038]圖9為顯示根據(jù)對比例I和實施例1至3的電池單元的容量保留的圖。
[0039]圖10為顯示根據(jù)對比例2和實施例5的電壓隨電池單元的第一循環(huán)容量變化的圖。
[0040]圖11為顯示根據(jù)對比例2和實施例5的電池單元的容量保留的圖。
[0041]圖12為顯示根據(jù)對比例I和實施例1至3的電池單元的倍率充電和放電循環(huán)壽命特性的圖。
【具體實施方式】
[0042]下文，詳細(xì)說明了本發(fā)明的實施方式。然而，這些實施方式僅為示例性，并且本公開不限于此。
[0043]在本發(fā)明的一個實施方式中，用于可再充電鋰電池的負(fù)極活性物質(zhì)包括含有能夠嵌入和脫嵌鋰離子的材料的核、位于所述核表面的殼，其中所述殼包括摻雜銻的氧化錫(ATO)。
[0044]換句話說，一個實施方式提供了被ATO表面修飾的負(fù)極活性物質(zhì)。
[0045]所述ATO與鋰發(fā)生可逆反應(yīng)因此貢獻(xiàn)鋰離子存儲能力，且還具有優(yōu)異的電導(dǎo)率，并且當(dāng)所述ATO被引入到負(fù)極活性物質(zhì)的表面上時，所述負(fù)極活性物質(zhì)可顯示出增加的鋰離子存儲能力并且實現(xiàn)優(yōu)異的循環(huán)壽命特性、高功率特性、高倍率性能等。
[0046]所述負(fù)極活性物質(zhì)可彌補(bǔ)碳基負(fù)極活性物質(zhì)的低容量和低倍率性能以及非碳基負(fù)極活性物質(zhì)的低電導(dǎo)率，并因而滿足高功率特性。
[0047]所述負(fù)極活性物質(zhì)可具有除了 ATO外進(jìn)一步包括碳的殼。所述殼可包括各種形式的碳。
[0048]例如，所述摻雜銻的氧化錫可被碳涂布。換句話說，所述殼可包括被碳涂布的ΑΤ0。作為另一個實例，所述殼可具有其中ATO與碳混合的結(jié)構(gòu)。被包括在所述殼中的碳可具體為非晶碳。
[0049]除此以外，所述殼可包括含有ATO的第一殼和含有碳的第二殼。
[0050]當(dāng)所述殼進(jìn)一步包括碳時，負(fù)極活性物質(zhì)的電導(dǎo)率增加，從而改善電池的循環(huán)壽命以及充電和放電特性。
[0051]所述殼可具有約1nm至約500nm的厚度，具體地，約1nm至約400nm,約1nm至約300nm,約50nm至500nm,或者約10nm至約500nm。在這種情況下，負(fù)極活性物質(zhì)可顯示出高容量、高功率特性和優(yōu)異的循環(huán)特性。
[0052]基于負(fù)極活性物質(zhì)的總量，所述殼的含量可為約5wt%至約25￥丨％的，具體地，約5wt%至約20wt%,或約10wt%至約25wt%。在這種情況下，負(fù)極活性物質(zhì)可顯示出高容量、高功率特性和優(yōu)異的循環(huán)特性。
[0053]所述能夠嵌入和脫嵌鋰離子的材料可包括通常被用作用于可充電鋰電池的負(fù)極活性物質(zhì)的任何材料。
[0054]具體地，所述含有能夠嵌入和脫嵌鋰離子的材料可為碳基材料或非碳基材料。
[0055]所述碳基材料可為，例如，天然石墨、人造石墨、軟碳、硬碳、碳纖維、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯或它們的組合。
[0056]所述非碳基材料可為合